Due to stricter environmental regulations of the International Maritime Organization (IMO), the number of ships fueled by Liquefied Natural Gas (LNG) is rapidly increasing. The International Code of the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk (IGC Code) limits the material of tanks that can store cryogenic substances such as LNG. Among the materials listed in the IGC Code, ASTM A553M-17 has been recently adopted as a material for LNG fuel tank projects because of its excellent mechanical properties at cryogenic temperatures. In shipyards, this material is being used to build tanks through Flux Cored Arc Welding (FCAW). However, there is a problem that magnetization occurs during welding and there is a big difference in welding quality depending on the welding position. In order to overcome this problem, this study intends to conduct basic research to apply laser welding to ASTM A553M-17 material. As a result of analyzing the bead shape according to laser BOP speed and Energy density performed in this study, it was confirmed that the penetration and energy density are proportional but the penetration and BOP speed are inverse proportional to some extent. In addition, a range of suitable welding speed and energy density were proposed for the 6.1mm thickness material performed in this study.

Due to stricter environmental regulations of the International Maritime Organization (IMO), the number of ships fueled by Liquefied Natural Gas (LNG) is rapidly increasing. The International Code of the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk (IGC Code) limits the material of tanks that can store cryogenic substances such as LNG. Among the materials listed in the IGC Code, ASTM A553M-17 has been recently adopted as a material for LNG fuel tank projects because of its excellent mechanical properties at cryogenic temperatures. In shipyards, this material is being used to build tanks through Flux Cored Arc Welding (FCAW). However, there is a problem that magnetization occurs during welding and there is a big difference in welding quality depending on the welding position. In order to overcome this problem, this study intends to conduct basic research to apply laser welding to ASTM A553M-17 material. In Part I, the bead shape according to the welding output was analyzed and in PART II, ​​the penetration phenomenon according to the welding speed was analyzed after Bead on Plate (BOP) test. As a result of analyzing the bead shape according to laser power performed in this study, it was confirmed that the laser power and penetration depth are proportional to some extent. In addition, a range of suitable welding power was proposed for the 6.1mm thickness material performed in this study.

본 논문에서는 LNG 추진선박에서 발생하는 BOG(boil-off gas)를 이용하여 수소를 생산하고 수소 연료전지 시스템을 보조엔진으로 적용한 개질공정의 특성에 대한 연구를 수행했다. 연구를 위해 BOG 수증기 개질공정을 UniSim R410 프로그램을 이용해 공정설계하고, 개질기의 출구온도와 압력, SCR(steam carbon ratio)에 따른 생성물의 분율과 반응물의 소모량을 산출하였다. 연구 결과 개질온도가 890℃일 때 메탄의 반응률이 100 %였으며, 최대 수소 생산량을 보였다. 또한 개질압력이 낮을수록 반응 활성도가 높았다. 하지만 그 이상의 온도가 되면 역반응의 우세로 인해 수소의 생산량은 감소하게 되고, 물과 이산화탄소의 양은 증가했다. 또한 SCR이 증가할수록 수소 생산량도 증가했으나 요구되는 에너지 소비량도 비례하여 증가했다. SCR이 1.8일 때 수소분율이 가장 높았으나 코킹방지를 위해 SCR이 3에서 운전하는 것이 최적 운전범위임을 확인했다. 그리고 개질압력이 낮을수록 발생되는 이산화탄소의 양은 증가했으며, 냉각 및 액화를 위해서는 이산화탄소 발생량을 기준으로 42.5 %의 LNG 냉열이 요구됨을 알 수 있었다.

본 연구에서는 LNG 추진선에서 배관의 파손으로 천연가스가 누출되었을 때 누출공의 크기별 플래시 화재, 과압, 복사열에 따 른 피해범위를 ALOHA(Areal Location of Hazardous Atmospheres)를 이용하여 산출했다. 그리고 민감도 분석을 위해 환경 변수(풍속, 대기온 도, 대기 안정도)와 공정 변수(배관 압력, 배관 길이)로 구분하여 다양한 시나리오별 피해영향범위를 분석했다. 그 결과 환경 변수에 따른 피해범위는 플래시 화재에 의한 피해범위가 가장 컸으며 다음으로 과압, 복사열 순서로 큰 피해범위를 나타냈다. 그리고 공정 변수에 따른 피해범위를 산출한 결과 배관의 압력과 길이, 누출공의 크기와 관계없이 플래시 화재에 의한 피해범위가 가장 컸으며, 환경 변수와 동일하게 과압, 복사열 순서로 높은 피해범위를 보였다. 또한 누출공의 크기가 클수록 환경 변수와 공정 변수가 피해범위에 큰 영향을 주었으며 제트 환재에 의한 피해범위는 환경 변수에 비해 공정 변수에 의한 피해범위가 더 큰 것을 알 수 있었다.

본 연구는 가스추진 174K급 LNG 운반선의 가스 압축기실에서 발생하는 가스누출 모사를 통해 가스탐지기의 최적 위치를 분석 하였으며, 새로 개정된 IGC 코드에 명시된 안전규정을 만족하는 합리적인 방법도 함께 제안하였다. 가스압축기실에서의 LNG 가스누출 수치해석을 위해, 실제 ME-GI 엔진이 장착된 174K급 LNG 운반선의 압축기실 형상과 장비, 배관의 배치와 같은 치수로 3D 설계되었다. 가 스누설에 대한 시나리오는 305 bar의 높은 압력과 1 bar의 낮은 압력을 적용하여 진행하였다. 고압용 핀홀의 크기는 4.5, 5.0, 5.6 mm이고 저압용은 100, 140 mm이다. 해석 결과, 5.6 mm 핀홀(고압)과 100, 140 mm 핀홀(저압) 상태의 누출에 대한 환기평가에서 가연성 가스농도는 심 각한 위험이 없음을 확인하였다. 그러나 개정된 IGC 코드에 따라 설치된 압축기실의 가스 감지 센서의 실제 위치는 다른 지점으로 이동 해야 하고, 측정 지점이 현 규정에서 요구하는 것보다 더 추가되어야 함을 확인하였다.